田元超，呂獻(xiàn)華，張攀峰，閆明強(qiáng)

（河南平原智能裝備股份有限公司，河南 鄭州 450000）

目前，我國(guó)的乘用車(chē)生產(chǎn)全面采用大批量流水線(xiàn)生產(chǎn)方式，涂裝過(guò)程大多采用的是“三涂層兩烘干”工藝，即電泳→烘干→面漆、清漆“濕噴濕”→烘干，由于在各涂層施工過(guò)程中對(duì)作業(yè)環(huán)境的潔凈度、溫濕度及易燃易爆和對(duì)人體有傷害成份均有嚴(yán)格的要求而產(chǎn)生大量的空氣處理及交換，車(chē)身在涂裝生產(chǎn)過(guò)程中反復(fù)多次被加熱和冷卻，都會(huì)消耗大量的熱能、冷能及電能等能源，涂裝設(shè)備的能源消耗大約占涂裝成本的30%～50%，因此采取各種措施進(jìn)行節(jié)能降耗是涂裝設(shè)備改進(jìn)的實(shí)際需求與方向。

通過(guò)近年來(lái)的不斷研究和實(shí)踐，探索出了一些切實(shí)可行的節(jié)能降耗的新技術(shù)、新工藝，以下從5 個(gè)方面對(duì)近年來(lái)在汽車(chē)涂裝設(shè)備中應(yīng)用的節(jié)能降耗的新技術(shù)、新工藝進(jìn)行分析、歸納和總結(jié)，以便在汽車(chē)涂裝設(shè)備的規(guī)劃、設(shè)計(jì)中加以應(yīng)用和推廣，以達(dá)到減少能源消耗、降低涂裝生產(chǎn)成本的目的。

1 干式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)在車(chē)身涂裝線(xiàn)中的應(yīng)用

1.1 干式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)原理

干式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)是將干式噴漆室各功能段的排風(fēng)排至排風(fēng)系統(tǒng)，然后經(jīng)循環(huán)風(fēng)空調(diào)的吸口抽至循環(huán)風(fēng)空調(diào)進(jìn)行處理，處理后的新風(fēng)送至噴漆室的自動(dòng)段及流平段進(jìn)行二次利用，另外，本系統(tǒng)中將人工擦凈段的排風(fēng)經(jīng)過(guò)濾箱進(jìn)行過(guò)濾后送至自動(dòng)擦凈段回用，然后將自動(dòng)擦凈段的排風(fēng)經(jīng)過(guò)濾箱進(jìn)行過(guò)濾后送至噴漆自動(dòng)段回用。

干、濕式全循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)有所不同，在循環(huán)風(fēng)空調(diào)的功能段設(shè)置及運(yùn)行能耗等方面均有較大差異，現(xiàn)以某車(chē)身涂裝線(xiàn)噴漆室為例進(jìn)行說(shuō)明，送排風(fēng)原理圖詳見(jiàn)圖1。噴漆室的擦凈段、檢查段、潔凈間共用1 臺(tái)136920m3/h風(fēng)量的新風(fēng)空調(diào)，此空調(diào)設(shè)置有表冷、一次加熱、二次加熱及加濕等功能，為全功能段空調(diào)，滿(mǎn)足水性漆的工藝要求，一年四季均需調(diào)溫調(diào)濕，能源消耗較高；BC 內(nèi)外噴自動(dòng)噴漆段和流平段共用1 臺(tái)178902m3/h 風(fēng)量的循環(huán)風(fēng)空調(diào)，此空調(diào)設(shè)置有加熱和加濕等功能段，對(duì)回用風(fēng)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，能源消耗較低；CC 內(nèi)外噴自動(dòng)噴漆段和流平段共用1 臺(tái)133148m3/h 風(fēng)量的循環(huán)風(fēng)空調(diào)，此空調(diào)設(shè)置有加熱和加濕等功能段，對(duì)回用風(fēng)參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，能源消耗較低；擦凈排風(fēng)設(shè)置2 臺(tái)排風(fēng)過(guò)濾箱，對(duì)人工段的排風(fēng)進(jìn)行過(guò)濾后回用至自動(dòng)擦凈段，自動(dòng)擦凈段的排風(fēng)過(guò)濾后回用至BC 自動(dòng)段。BC 噴漆室和CC 噴漆室排至廢氣處理的風(fēng)量分別為71280m3/h 和35640m3/h，排風(fēng)經(jīng)吸附轉(zhuǎn)輪+RTO 廢氣處理系統(tǒng)處理后達(dá)標(biāo)排放至集中排氣塔。

圖1 干式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)送排風(fēng)原理示意圖

1.2 干式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)能耗分析

現(xiàn)以以上使用地點(diǎn)在華中地區(qū)的某車(chē)身噴漆線(xiàn)為例對(duì)干、濕式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)空調(diào)能源消耗情況進(jìn)行對(duì)比分析。干式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)采用如下運(yùn)行方案：新風(fēng)空調(diào)夏季采用制冷除濕+二次升溫的方法調(diào)整溫濕度，冬季采用加熱+加濕的方法調(diào)整溫濕度；循環(huán)風(fēng)空調(diào)一年四季采用降溫+加濕的方法微調(diào)送風(fēng)溫濕度。濕式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)采用如下運(yùn)行方案：新風(fēng)空調(diào)夏季采用制冷除濕+二次升溫的方法調(diào)整溫濕度，冬季采用加熱+加濕的方法調(diào)整溫濕度；循環(huán)風(fēng)空調(diào)一年四季采用降溫除濕+二次升溫的方法調(diào)整送風(fēng)溫濕度。

按照送風(fēng)溫濕度要求一年四季恒定為23±2 ℃，65%±5 的條件，對(duì)空調(diào)制冷量和加熱量分冬季和夏季模式分別進(jìn)行計(jì)算分析。新風(fēng)空調(diào)夏季進(jìn)風(fēng)條件：T=35℃，RH=79%，空調(diào)采用制冷除濕再等濕升溫的工作模式，冬季進(jìn)風(fēng)條件：T=-5℃，RH=74%，空調(diào)采用加熱升溫再等焓加濕的工作模式，按照冬季模式及夏季模式分別運(yùn)行100 天計(jì)算。干式噴漆室全循環(huán)風(fēng)空調(diào)全年進(jìn)風(fēng)溫度25℃，絕對(duì)含濕量11.4g/kg，出風(fēng)為23±2℃，65%±5，工作模式為等濕降溫。濕式噴漆室全循環(huán)風(fēng)空調(diào)全年進(jìn)風(fēng)溫度20℃，相對(duì)濕度95%，出風(fēng)為23±2℃，65%±5，工作模式為制冷除濕再等濕升溫。根據(jù)以上條件計(jì)算出的制冷量及加熱量的數(shù)值如圖2～4所示。

圖2 能耗分析對(duì)比表

圖3 年能耗費(fèi)用分析對(duì)比表

圖4 年能耗分析對(duì)比柱狀圖

通過(guò)干、濕式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)能源消耗對(duì)比得出以下結(jié)論：（1）新風(fēng)空調(diào)按照冬夏季模式每年各運(yùn)行100 天、雙班、負(fù)荷系數(shù)0.7，循環(huán)風(fēng)空調(diào)按照每年運(yùn)行250 天、雙班、負(fù)荷系數(shù)1、用電單價(jià)1 元/kW*h計(jì)算，每年制冷節(jié)約電費(fèi)約58 萬(wàn)元；（2）天然氣按照每年運(yùn)行100 天、雙班、負(fù)荷系數(shù)0.7、單價(jià)3.5 元/m3計(jì)算，每年節(jié)約燃?xì)赓M(fèi)約105 萬(wàn)元。

1.3 干式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)評(píng)價(jià)

干式噴漆室全循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)比傳統(tǒng)的濕式噴漆室全循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能效果更加明顯，自動(dòng)段循環(huán)風(fēng)空調(diào)的工作狀態(tài)更加易于控制、更加穩(wěn)定，能更好的保證外表面噴涂作業(yè)環(huán)境的需求，隨著干式噴漆室及內(nèi)噴機(jī)器人的普遍推廣和應(yīng)用，建議采用干式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)一步降低涂裝設(shè)備能源消耗，同時(shí)由于廢氣處理無(wú)需除濕升溫，可以減少?gòu)U氣處理的能源消耗，提高廢氣處理的效率。

2 熱泵系統(tǒng)在濕式循環(huán)風(fēng)空調(diào)中的應(yīng)用

2.1 熱泵的原理及能量轉(zhuǎn)換分析

熱泵既可用作供熱采暖設(shè)備，又可用作制冷降溫設(shè)備，從而達(dá)到一機(jī)兩用的目的。熱泵機(jī)組的能量轉(zhuǎn)換是利用其壓縮機(jī)的作用，通過(guò)消耗一定的輔助能量(電能)，在壓縮機(jī)和換熱系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)的制冷劑的共同作用下，由環(huán)境熱源(如水)中吸取較低溫?zé)崮埽缓筠D(zhuǎn)換為較高溫?zé)崮茚尫胖裂h(huán)介質(zhì)(如水)中成為高溫?zé)嵩摧敵?。在此過(guò)程中因壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)做工而消耗了電能，壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)使不斷循環(huán)的制冷劑在不同的系統(tǒng)中產(chǎn)生的不同的變化狀態(tài)和不同的效果( 即蒸發(fā)吸熱和冷凝放熱)，從而達(dá)到了制取低溫?zé)嵩椿厥崭邷責(zé)嵩吹淖饔煤湍康摹岜脵C(jī)組配合循環(huán)風(fēng)空調(diào)使用的原理見(jiàn)圖5。

圖5 熱泵機(jī)組配合循環(huán)風(fēng)空調(diào)使用的原理圖

2.2 熱泵系統(tǒng)在濕式循環(huán)風(fēng)空調(diào)中應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性分析

以30JPH 產(chǎn)能的保險(xiǎn)杠涂裝線(xiàn)為例，對(duì)比計(jì)算條件：

（1）采用機(jī)器人噴涂及全循環(huán)風(fēng)技術(shù)。

（2）對(duì)比采用熱泵及采用冷、熱源單獨(dú)供應(yīng)。

（3）機(jī)器人段送風(fēng)風(fēng)速0.3m/s，送風(fēng)溫濕度要求23±1℃,65±3%。

（4）循環(huán)風(fēng)總風(fēng)量約為120000m3/h。

（5）單獨(dú)供應(yīng)是指冷水由冷凍機(jī)組提供，熱水由熱水鍋爐提供。

根據(jù)上述前提計(jì)算出冷量需求：400kW，熱量需求：300kW，投資及運(yùn)行成本分析對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 投資及運(yùn)行成本分析對(duì)比表

2.3 熱泵系統(tǒng)的技術(shù)評(píng)價(jià)

由此可見(jiàn)熱泵機(jī)組可以達(dá)到一機(jī)兩用的效果，即同時(shí)滿(mǎn)足系統(tǒng)冷量需求和熱量需求，能夠使電力資源充分有效地利用。尤其適合在類(lèi)似濕式循環(huán)風(fēng)空調(diào)的模式下使用，系統(tǒng)同時(shí)需求冷、熱量，并且增減比例接近，使用熱泵系統(tǒng)可以有效提高能源效率、減少能源消耗、降低設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用，熱泵屬于節(jié)能技術(shù)和裝置，符合我國(guó)環(huán)保節(jié)能的基本政策，推廣和普及也是必然趨勢(shì)。

3 休眠模式在大客車(chē)前處理電泳中的應(yīng)用

3.1 休眠模式的工作原理

大客車(chē)的前處理電泳生產(chǎn)線(xiàn)一般具有槽體容積特別大，生產(chǎn)節(jié)拍特別慢的特點(diǎn)，單工位槽體容積一般為300m3左右，目前大客車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)的設(shè)計(jì)規(guī)劃產(chǎn)能一般為1～4JPH，基于以上特點(diǎn)，在前處理電泳設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了休眠模式進(jìn)行節(jié)能，休眠模式的基本工作原理是各個(gè)工位在車(chē)身通過(guò)時(shí)循環(huán)泵按照常規(guī)運(yùn)行方式正常工作，在無(wú)車(chē)身通過(guò)生產(chǎn)線(xiàn)的時(shí)候，脫脂、磷化、電泳工序循環(huán)水泵采用低頻運(yùn)行保證脫脂、磷化攪拌次數(shù)1次/h，保證電泳攪拌次數(shù)2～2.5 次/h，其他水洗工序循環(huán)停止工作，為了保證車(chē)身的清洗質(zhì)量，在車(chē)身通過(guò)前，電控系統(tǒng)控制水泵提前開(kāi)啟運(yùn)行，使槽液攪拌均勻。

3.2 休眠模式的能耗對(duì)比分析

現(xiàn)以某客車(chē)廠產(chǎn)能為2JPH 大客車(chē)前處理電泳生產(chǎn)線(xiàn)為例，對(duì)全運(yùn)行模式和休眠模式進(jìn)行能耗對(duì)比分析，運(yùn)行成本分析對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 運(yùn)行成本分析對(duì)比表

3.3 休眠模式的技術(shù)評(píng)價(jià)

此種休眠模式較適用于生產(chǎn)節(jié)拍較慢，槽體容積較大的前處理電泳生產(chǎn)線(xiàn)，較適合于大客車(chē)的前處理電泳涂裝線(xiàn)，我公司已經(jīng)在多個(gè)大客車(chē)項(xiàng)目上加以應(yīng)用，實(shí)踐證明可以明顯降低能源消耗，特別在設(shè)備投產(chǎn)的初期或在生產(chǎn)任務(wù)量不飽和的情況下節(jié)能效果更加明顯。

4 組合式烘干室在大客車(chē)涂裝線(xiàn)中的應(yīng)用

4.1 組合式烘干室的原理

大客車(chē)車(chē)身涂裝線(xiàn)常用的烘干室有2 種形式，一種是連續(xù)通過(guò)式烘干室，一般用在車(chē)身前處理電泳線(xiàn)中，是電泳漆烘干的必要設(shè)備，另一種是抽屜式烘干室，一般用在客車(chē)車(chē)身油漆涂裝車(chē)間，作為中涂、面漆后油漆烘干設(shè)備用，有時(shí)由于受設(shè)備場(chǎng)地的局限等原因，也用做電泳后烘干設(shè)備。

連續(xù)通過(guò)式烘干室比較適合產(chǎn)量比較大的客車(chē)整車(chē)前處理電泳線(xiàn)，一般年產(chǎn)量大于2 萬(wàn)輛的電泳涂裝線(xiàn)采用的比較多，它的優(yōu)點(diǎn)是烘干均勻，表面油漆成膜效果好，在產(chǎn)能滿(mǎn)負(fù)荷的情況下，單車(chē)成本較低；缺點(diǎn)是在生產(chǎn)量不飽滿(mǎn)時(shí)，能源浪費(fèi)較大，單車(chē)能耗較高，對(duì)于整車(chē)廠來(lái)說(shuō)，客車(chē)大部分都是訂單式生產(chǎn)，一年中每個(gè)月的客戶(hù)需求量都會(huì)有較大變化，對(duì)于滿(mǎn)產(chǎn)的月份是比較適合的，而對(duì)于產(chǎn)量相對(duì)較低的月份，每天的生產(chǎn)任務(wù)量不飽滿(mǎn)，造成能源的浪費(fèi)、單車(chē)能耗成本上升。

而相對(duì)于抽屜式的烘干室，可以克服由于上述產(chǎn)量波動(dòng)引起的單位能耗的差距，即如果產(chǎn)量比較大的時(shí)候，可以同時(shí)多開(kāi)幾個(gè)烘干室，產(chǎn)量較低的時(shí)候，少開(kāi)幾個(gè)烘干室?？梢砸罁?jù)產(chǎn)量的多少來(lái)靈活調(diào)整投入生產(chǎn)的烘干室的數(shù)量，從而調(diào)節(jié)能耗的多少，但其局限性也在于此，由于是每間烘干室的供熱系統(tǒng)都是獨(dú)立的，不但對(duì)于設(shè)備的投資建設(shè)成本較高，而且在運(yùn)行時(shí)，在生產(chǎn)線(xiàn)滿(mǎn)負(fù)荷的時(shí)候單臺(tái)產(chǎn)品的能耗成本要大于連續(xù)線(xiàn)的單臺(tái)產(chǎn)品的能耗成本。

基于以上2 種烘干室優(yōu)缺點(diǎn)的分析，我公司開(kāi)發(fā)了一種能兼顧以上2 種烘室優(yōu)點(diǎn)的組合式烘干室，該烘干室的結(jié)構(gòu)形式與常用的連續(xù)通過(guò)式烘干室類(lèi)似，為1 個(gè)3 工位烘干通道的組合體，3 工位分為2+1 的組合模式，在產(chǎn)量比較低的時(shí)候用第一個(gè)烘干室，能耗也為單位產(chǎn)品的能耗，在產(chǎn)量提升后，使用第二個(gè)雙工位烘干室，單位產(chǎn)品的能耗有所降低；在產(chǎn)量達(dá)到滿(mǎn)負(fù)荷的時(shí)候，3個(gè)烘干室全部投用，達(dá)到連續(xù)通過(guò)時(shí)烘干室的效果，單位產(chǎn)品的能耗也降至最低。

4.2 組合式烘干室的優(yōu)越性分析

與原有大客車(chē)車(chē)身烘干室相對(duì)比，組合式烘干室的優(yōu)點(diǎn)非常明顯，不僅避免了連續(xù)通過(guò)式烘干室低產(chǎn)能時(shí)單位產(chǎn)品能耗較高的缺點(diǎn)，而且也避免了抽屜式烘干室在產(chǎn)能滿(mǎn)負(fù)荷的時(shí)候，總能耗較大的缺點(diǎn)，同時(shí)，由于組合式烘干室在室體結(jié)構(gòu)上采用了連續(xù)通過(guò)式烘干室的結(jié)構(gòu)，可有效保證整個(gè)車(chē)身的烘干質(zhì)量。

4.3 組合式烘干室的技術(shù)評(píng)價(jià)

綜上所述，組合式烘干室在大客車(chē)涂裝線(xiàn)中有很廣闊的應(yīng)用前景，它既能滿(mǎn)足抽屜式烘干室對(duì)產(chǎn)能的適應(yīng)性比較寬泛的要求，又能滿(mǎn)足連續(xù)通過(guò)式烘干室在單位產(chǎn)品能耗較低的需求。同時(shí)，由于客車(chē)車(chē)身涂裝線(xiàn)的設(shè)備布置受很多因素的制約，只要在工藝規(guī)劃時(shí)充分考慮以上3 種烘干室的選型和綜合布置，就能達(dá)到涂裝生產(chǎn)線(xiàn)節(jié)能降耗的目的。